مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

1- مقدمه:

به دليل گستردگي شبكه به هم پيوسته توليد و انتقال نيرو در صنعت برق و پراكندگي ايستگاه ها در نقاط بعضا دور از دسترس، احداث و بهره بردار سيستم هاي مخابراتي از نيازهاي اساسي صنعت برق مي‌باشد. كاربريهاي عمده مخابرات در صنعت برق عبارتند از :

1- انتقال اطلاعات و ارسال فرامين خودكار حفاظتي براي جداسازي بخشهاي حادثه ديده و معيوب در كوتاهترين زمان و جلوگيري از گستردگي حوادث جزئي به كل شبكه و پيشگيري از حوادث احتمالي.

2- انتقال اطلاعات جمع آوري شده از پست ها و نيروگاه ها به مراكز كنترل و انتقال فرامين كنترلي از مراكز كنترل به ايستگاه‌ها.[1]

3- هماهنگي عمليات بهره برداري و برقراري ارتباط بين بخش هاي ستادي و عملياتي از طريق شبكه تلفني مستقل برق.

سيستم هاي مخابراتي مورد استفاده در شبكه مخابرات صنعت برق شامل بيسيم، مايكروويو، PLC[2]، DTS[3]، فيبر نوري و سيستم سوئيچينگ مي باشد.

- PLC سيستم مخابراتي است كه از خطوط فشار قوي در فركانس هاي 40 تا 400 كيلوهرتز براي انتقال پيام هاي مخابراتي استفاده مي كند.

- DTS شبكه اختصاصي و Hot Line تلفني ديسپاچينگ مي باشد.

- كابل[4]OPGWدر خطوط انتقال نيرو بجاي سيم زمين براي انتقال اطلاعات با حجم و امنيت زياد بكار مي رود.

سيستمPower Line Carrier يكي از شيوه هاي نوين انتقال داده مي باشد كه مخفف آن PLC است اما نه كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير ، بلكه خطوط انتقال قدرت.

توسعه منابع توليد، انتقال و توزيع انرژي الكتريكي نياز مبرمي به وجود يك شبكه مخابراتي بين نقاط كليدي سيستم برق رساني مثل مراكز توليد، تبديل، تصميم گيري و توزيع كه اكثرا در فواصل دور از هم واقع شده اند را به وجود آورده است. از خطوط انتقال مي توان براي ارسال امواج فركانس بالاي حامل اطلاعات در سيستم هاي مخابراتي استفاده نمود. سيستمي كه براي اين گونه انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار مي گيرد را ابزار "انتقال موج حامل اطلاعات بر روي سيستم فشار قوي" يا PLC مي نامند.

 

 

موارد زير ضرورت ايجاد يك شبكه مخابراتي PLC را به وضوح روشن مي نمايد:

1- شبكه هاي مخابرات عمومي جوابگوي نيازهاي ارتباطي جهت بهره برداري موثر از شبكه فشار قوي نمي باشد.

2- تبادل‌اطلاعات بين مراكز ديسپاچينگ و ساير پست‌ها‌توسط يك شبكه‌مخابراتي مطمئن‌و اختصاصي، از ضروريات اين گونه مراكز مي باشد.

3- با استفاده از يك شبكه جامع مخابراتي، پست ها مي توانند به تجهيزات حفاظتي مجهز گردند كه باعث قابليت اعتماد بيشتر و بهره برداري موثر از شبكه مي گردد.

4- عدم وجود يك شبكه مخابراتي اختصاصي، ضعف ارتباط از طريق شبكه مخابراتي شركت مخابرات، عدم دسترسي اكثر پست هاي واقع در خارج شهر به خطوط ارتباطي PTT مشكلاتي هستند كه در صورت وجود يك شبكه مخابراتي مطمئن بر طرف گشته و امكان بهره برداري موثرتر از شبكه را ايجاد مي كند.

با توجه به نكات فوق جهت مرتفع نمودن اشكالات ذكر شده و بهره برداري از شبكه، مي توان با استفاده از سيستم‌هايPLCچنين شبكه‌هاي مخابراتي را براي استفاده در شبكه‌هاي برق رساني طراحي نمود.

استفاده از PLC به جاي ساير سيستم هاي ارتباطي نظير كابل تلفني، امواج راديويي و مايكروويو و ... داراي مزايايي مي باشند كه عبارتند از :

1- به علت ناچيز بودن افت سيگنال حامل اطلاعات در هر كيلومتر، مراكز توليد و توزيع انرژي الكتريكي كه معمولا در فواصل دوري از يكديگر واقعند را مي توان مستقيما توسط كانال هاي PLC بدون استفاده از تكرار كننده به يكديگر مرتبط ساخت.

2- خطوط انتقال فشار قوي كه ارتباطات PLC توسط آنها صورت مي گيرد، موجود بوده و احتياج به سرمايه گذاري مجدد براي ايجاد محيط مخابراتي نيست به علاوه در شرايط متغير آب و هوايي مصونيت ارتباط PLC در مقايسه با ارتباطات راديويي بيشتر مي باشد.

3- دستگاه هاي فرستنده و گيرنده PLC از درجه اطمينان بالايي برخوردار مي باشند.

4- شبكه مخابراتي كه از لوازم مديريت براي كنترل و بهره برداري شبكه فشار قوي مي باشد بطور اختصاصي تنها در اختيار شركت برق منطقه ايي قرار خواهد گرفت.

5- سيستم هاي تلفني PLC از شبكه تلفني شركت مخابرات مجزا مي باشد و به عنوان سيستم هاي خصوصي فرض مي شود.

 

 

 

1-2- سيستم Power Line Carrier (PLC)

PLC وسيله اي براي انتقال امواج فركانس بالا با استفاده از سيم فشار قوي مي باشد. در اين سيستم براي ارتباط دو طرفه ميان دو پست A و B (شكل1) يك زوج فرستنده و گيرنده در هر كدام از پستها قرار مي گيرد. فرستنده A سيگنال فركانس بالاي خود را با فركانس F_A-B بر روي خط فشار قوي واصل ميان دو پست ارسال نموده و گيرنده موجود در پست B كه بر روي فركانسF_A-Bتنظيم شده است. موج ارسالي از A را از خط فشار قوي گرفته و مورد استفاده قرار مي دهد. بالعكس فرستنده B سيگنال خود را با فركانسF_B-Aارسال نموده و گيرنده A نيز بر روي فركانسF_B-A تنظيم شده است. بدين ترتيب يك ارتباط دو طرفه (Duplex) ميان دو نقطه A و B بر قرار مي شود.

شكل 1- ارتباط دو طرفه ميان دو پست A,B

چون دستگاه هاي فرستنده و گيرنده PLC را نمي توان مستقيما به خط فشار قوي كه ولتاژ بسيار زيادي دارد متصل نمود. براي اينكار به دستگاه ها و تجهيزات واسطه اي نياز است كه بين فرستنده و گيرنده و خط انتقال انرژي قرار گيرند تا هم سيگنال فركانس بالاي PLC را به خط كوپله نموده و هم مانع از اتصال مستقيم ولتاژ بالا به دستگاه هاي حساس PLC بشوند به همين خاطر از خازن هاي كوپلاژ استفاده مي شود(شكل 2) با قرار دادن يك خازن بين خط انتقال و دستگاه PLC اين منظور برآورده مي شود.

شكل 2 – بكارگيري خازن كوپلاژ براي حفاظت از دستگاه هاي PLC

خازن هاي C_Coupl در مسير سيگنال فركانس بالاي PLC به خط انتقال فشار قوي در مقابل موج با ولتاژ بالا و فركانس 50 هرتز، امپدانس زيادي از خود نشان داده و مانع عبور آن به سمت دستگاه هاي PLC مي شوند. در حالي كه براي امواج حامل اطلاعات فركانس بالا به صورت اتصال كوتاه عمل مي كنند. اين نكته از اين حقيقت ناشي مي شود كه امپدانس خازن به صورت بيان مي گردد كه مقدار آن با فركانس نسبت عكس دارد. لذا هر چقدر فركانس كمتر باشد، امپدانس خازن بزرگتر خواهد بود. بالعكس براي فركانس بالاي سيگنال هايPLC كه در محدوده40 الي400 كيلوهرتز قرار دارد، خازن C_Coupl همانند اتصال كوتاه(امپدانس خيلي كوچك) عمل نموده و سيگنال PLC را به سمت خط فشار قوي هدايت مي‌كند. معمولا C_Coupl را بين 2000 تا 10000 پيكوفاراد انتخاب مي نمايند.

در پست هاي فشار قوي براي اندازه گيري ولتاژ و جريان خط از تقسيم كننده هاي (مبدلهاي) ولتاژ خازني بنام (Capacitive Voltage Transformer) CVT استفاده مي شود. لذا از آنها مي توان جهت خازن جداكننده C_Coupl كه خازن هاي كوپلاژ ناميده مي شود نيز استفاده نمود.

خط انتقال فشار قوي تلفات نسبتا زيادي براي سيگنال هاي فركانس بالايPLC ايجاد مي كند. اين تلفات به طول، ولتاژ، وضعيت فيزيكي خط و فركانس كار PLC بستگي دارد. بدين جهت لازم است كه هنگام كوپله نمودن فرستنده PLC به خط فشار قوي، حداكثر توان فرستنده به خط كوپله شده و توان برگشتي به حداقل خود برسد.

بدين دليل لازم است مدار واسطه اي بين دستگاه PLC از يك طرف و يك سر خازن كوپلاژ از طرف ديگر قرار گرفته تا تطبيق امپدانس جهت انتقال حداكثر توان از فرستنده به خط و از خط به گيرنده صورت پذيرد. در شكل(3) چنين وضعيتي مشاهده مي گردد.

شكل 3- تطبيق امپدانس بين دستگاه PLC و خط انتقال فشار قوي

وسيله اي كه جهت تطبيق امپدانس در شكل(3) بكار مي رود جعبه يا واحد تطبيق امپدانس ناميده شده و با علامت اختصاري (Line Matching Unit) LMU نشان داده مي شود. تطبيق امپدانس در LMU توسط يك ترانسفورمر صورت مي گيرد كه همراه با خازن كوپلاژ C_Couplنقش يك فيلتر بالاگذر را ايفا مي‌كند. فركانس قطع اين فيلتر توسط مقدار خازن كوپلاژ و نسبت تبديل ترانسفورمر تطبيق مشخص مي‌گردد. اين فركانس در واقع حداقل فركانس قابل استفاده براي سيگنال هاي PLC را تعيين مي كند.

از آنجايي كه ارتباط PLC ميان دو پست A و B بايستي صورت مي گيرد. انحراف سيگنال PLC به سمت خود پست نه تنها باعث تضعيف سيگنال ارسالي به پست مقابل شده ، بلكه باعث مي شود كه سيگنال ناخواسته اي به مسيرهاي ديگر نفوذ كند.

براي اينكه سيگنال ارسالي توسط PLC به خطوط ديگر انتشار پيدا نكند بايد با قرار دادن مداري بر سر راه نشتي مانع از راه يابي آن به مسير ناخواسته شويم به عبارت ديگر در مقابل فركانس هاي بالاي PLC مقاومت زياد از خود نشان دهد و در مقابل سيگنال فشار قوي50 هرتز همانند يك اتصال كوتاه عمل كند با توجه به اين دو خصوصيت عنوان شده به نظر مي رسد، استفاده از دو عدد سلف سري با خط انتقال در پستهاي A و B مسئله را حل مي نمايد. زيرا امپدانس سلفي رابطه مستقيم با فركانس دارد.چنين سلفي براي فركانس هاي بالاي PLC داراي امپدانس زياده بوده و همانند اتصال باز عمل مي نمايد در حاليكه براي فركانس 50 HZ داراي امپدانس پاييني بوده و اتصال كوتاه مي باشد در شكل (4) استفاده از سلف سري با خط انتقال جهت جلوگيري از نشت سيگنال هاي PLC و انتقال آن به مسير مورد نظرشان نشان داده شده است.

شكل 4 – استفاده از مدار بازدارنده سري با خط فشار قوي

به چنين سلف هايي كه به صورت سري با خط انتقال انرژي قرار مي گيرند، تله موج و يا Line Trap مي گويند اما استفاده از يك سلف تنها آن هم سري با خط انتقال مطلوب نمي باشد. زيرا چنين سلفي با خازن هاي معادل ترانسفورمرهاي موجود در پست به صورت سري قرار گرفته و چنانچه اندوكتانس L و سوسپتانس خازن هاي معادل تراسفورمرهاي پست (C) بگونه اي باشند كه فركانس رزونانس يا تشديد مجموع سري اين دو يعني معادل فركانس كار دستگاه PLC شود، مدار معادل سلف وخازن سري در حال رزونانس اتصال كوتاه بوده و در نتيجه نقطه كوپلاژ سيگنال PLC به خط انتقال از ديد سيگنال PLC زمين شده و تمامي سيگنال از دست مي رود.

 

 

 

 

 

 

شكل 5- چگونگي رزونانس سلف L با خازن معادل پست

در صورتي كه بجاي يك سلف تنها، از يك سلف سري با يك مقاومت بزرگ استفاده شود، در فركانس رزونانس ، امپدانسي معادل Zin بجاي صفر معادل مقاومت سري با سلف خواهد بود و در صورتي كه مقدار اين مقاومت به اندازه كافي بزرگ باشد، مانع عبور سيگنال بالاي PLC به مسير ناخواسته مي شود. اما وجود يك مقاومت بزرگ، آن هم سري با خط انتقال انرژي باعث تلفات شديدي بر روي آن شده كه انتقال انرژي الكتريكي را با دشواري هاي بسياري روبرو مي سازد. لذا بجاي استفاده از يك سلف تنها و يا يك سلف سري با مقاومت از يك سلف كه مدار تيونينگي(Tuning) به موازات آن قرار گرفته باشد و كل مجموعه با خط انتقال انرژي به صورت سري قرار گيرد، استفاده مي نمايند. اين مسئله در شكل (6) نشان داده شده است.

شكل 6- استفاده از سلف L موازي با يك مدار تيونينگ جهت ساخت تله موج

مدار تيونينگي كه به طور موازي با سلف L قرار مي گيرد، عموما براي تله موج هاي با باند وسيع (Broad-Band) به صورت شكل(7) مي باشد.

شكل 7 – تله موج هاي با باند وسيع همراه با مدار تيونينگ

با تنظيم مدار تيونينگي كه به موازات سلف اصلي تله موج قرار دارد، مي توان مشخصه ميان گذري براي مقدار حقيقي(جزء مقاومتي) امپدانس ورودي تله موج(R_In) بدست آورد. نمونه‌اي از چنين مشخصه‌اي را در شكل(8) ملاحظه مي كنيد.

شكل 8 – مشخصه فركانسي مقدار حقيقي امپدانس ورودي تله موج شكل 8

با توجه به مشخصه شكل(8) ملاحظه مي گردد كه جزء حقيقي امپدانس ورودي(مقاومت ورودي) تله موج شكل(7)در حد فاصل فركانس F₁ الي F₂ داراي حداقل مقاومت R_min مي باشد و در خارج اين ناحيه يعني براي فركانس ها كمتر از F₁ و بيشتر از F₂ مقدار آن كاهش يافته و به سمت صفر ميل مي كند. در نتيجه تله موج سري با خط فشار قوي در باند فركانس F₁ يا F₂ از خود حداقل مقاومت R_min را نشان داده و در مواردي ديگر همانند اتصال كوتاه (با مقاومت ورودي صفر) عمل مي كند.

لازم به ذكر است كه هزينه ساخت تله موج با بزرگ شدن R_min نيز بيشتر مي شود. لذا در عملR_min را بگونه اي انتخاب مي كنند كه تلفات حاصل از محدود بودن آن از حد استاندارد bD 6/2 پائينتر باشد.

1-3 روشهاي كوپلينگ

خطوط انتقال انرژي ميان دو پست فشار قوي از سه فاز تشكيل مي شوند. در صورتي كه خط انتقال از نوع تك مداره باشد، داراي سه هادي خواهد بود و در صورتي كه خط انتقال از نوع دو مداره باشد تعداد هادي ها به شش مي رسد. بدين ترتيب اين سوال مطرح مي شود كه بري كوپلينگ سيگنال PLC به خط فشار قوي از كداميك از هادي ها(فازها) مي توان استفاده نمود. در صورتي كه خط تك مداره بوده و از سه فاز تشكيل شود، مي توان به هر يك از فازها به تنهايي سيگنال PLC را كوپله نمود. با بررسي و مطالعه چگونگي انتشار امواج فركانس بالا بر روي خطوط فشار قوي مشخص شده است كه در صورتي كه كوپلينگ تنها توسط يك فاز انجام گيرد، بهترين حالت استفاده از فاز وسط مي باشد در شكل(9)اين روش كوپلينگ فاز به زمين (Phase to Ground) نام دارد نشان داده شده است.

شكل 9- كوپلينگ فاز به زمين

كوپلينگ فاز به زمين تلفات زيادي براي سيگنال هاي PLC بوجود آورده و بعلاوه در صورت وقوع خطا بر روي خط انتقال، بخصوص زماني كه فاز وسط اتصال كوتاه شود، امكان برقراري ارتباط PLC كلا از بين رفته و يا با تضعيف بسيار زيادي مواجه خواهد بود. لذا براي بالا بردن قابليت اطمنيان ارتباط PLC و كاهش تضعيف حاصل از خط انتقال، در مواردي كه كه طول خط نسبتا بلند باشد سيگنال PLC را مي توان به دو فاز كوپله نمود. در اين صورت نه تنها با تضعيف كمتري نسبت به كوپلاژ فاز به زمين روبرو خواهيم بود، بلكه حتي با اتصال كوتاه و يكي از فازهاي تحت كوپلينگ، ارتباط PLC از طريق فاز ديگر بر قرار خواهد بود و بالنتيجه قابليت اطمينان سيستم بالاتر مي رود. اين روش كوپلينگ فاز به فاز ناميده شده و در شكل(10)نشان داده شده است.

شكل 10- كوپلينگ فاز به فاز

در كوپلينگ فاز به فاز به دو مجموعه تجهيزات كوپلينگ شامل تله موج، خازن كوپلاژ و LMU نياز مي باشد كه در نتيجه هزينه در مقايسه با كوپلينگ فاز به زمين دو برابر خواهد شد. كوپلينگ همزمان سيگنال PLC به سه فاز در خطوط تك مداره نيز امكان پذير است. اين نوع كوپلينگ اگر چه از قابليت اطمينان بسيار بالايي برخوردار بوده و تضعيف كمتري نسبت به كوپلينگ فاز به فاز ايجاد مي نمايد. اما به جهت استفاده از سه مجموعه تجهيزات كوپلينگ از نظر اقتصادي گران بوده و بندرت از آن استفاده مي‌شود.در خطوط فشار قوي كه دو مداره مي باشند، مي توان از كوپلينگ بين دو مدار استفاده نمود.

شكل 11- كوپلينگ بين دو مدار

همچنان كه در شكل(11)ملاحظه مي شود در كوپلينگ بين دو مدار به تجهيزات كوپلينگ معادلي با كوپلينگ فاز به فاز نياز مي باشد. اما حسن بزرگ اين نوع كوپلينگ در قابليت اطمينان بالاتر آن است. زيرا حتي با قطع كامل يكي از مدارها، ارتباط PLC از طريق مدار ديگر امكان پذير مي باشد.

1-4 كاربردهاي PLC

عمده استفاده سيستم هاي PLC در ارسال دو نوع اطلاعات بر روي خط فشار قوي است:

1- اطلاعات آنالوگ به صورت صحبت

2- اطلاعات ديجيتال يا آنالوگ به منظور تلگراف، كنترل از راه دور، اندازه گيري از راه دور، حفاظت از راه دور، ديتا و غيره كه اصطلاحا سيگنال گفته مي شوند.

در سيستم هاي PLC اطلاعات ارسالي به صورت SSB مدوله شده و در پهناي باند 4 كيلوهرتز ارسال مي گردد. فركانس Carrier نيز عمدتا در محدوده 40 الي 400 كيلوهرتز به كانال هاي فرعي تقسيم شده و در هر كانال اطلاعات مربوط به يك نوع سيگنال گنجانده مي شود. در مواردي نيز ممكن است كه پهناي باند سيگنال PLC محدود به 5/2 كيلوهرتز باشد. البته واضح است كه در اين صورت اطلاعات كمتري را مي توان ارسال كرد . در ذيل كاربردهاي مختلف سيگنال هاي PLC تشريح مي گردد:

1-4-1- ارتباط تلفني(صحبت) (Speech):

از PLC براي ارتباط تلفني مستقيم بين دو نقطه مي توان استفاده نمود. اين نوع ارتباط بيشتر مابين مركز ديسپاچينگ و كنترل شبكه و پست هاي مهم و نيروگاه ها مورد استفاده واقع مي شود. در شبكه هاي مخابراتي شركت هاي برق منطقه اي كه شامل تعدادي مركز تلفن در پست هاي كليدي و مهم شبكه فشار قوي مي باشد، براي ارتباط ميان مراكز تلفن(Tie line trunks)عمدتا از كانال هاي PLC استفاده مي‌شود. همچنين از كانال هاي PLC براي ارتباط تلفني ميان مشتركين(Extensions) با مراكز تلفن كه عمدتا پست هاي فاقد مركز تلفن هستند و داراي ارتباط الكتريكي با يكي از پست هاي داراي مركز تلفن مي باشد، استفاده مي گردد. در صورتي كه كانال ارتباط با PLC تنها براي ارتباط تلفني(صحبت) مورد استفاده قرار گيرد، عموما اطلاعات صحبت را در محدوده300 الي3400 هرتز قرار مي دهند. در صورتي كه به همراه صحبت اطلاعات ديگري نيز ارسال گردد، طيف سيگنال صحبت بسته به تعداد سيگنال هاي ارسالي و سرعت انتقال آنها از 300 الي 2400 يا 2000 هرتز خواهد بود.

1-4-2- تلگراف و پست تصويري(Facsimile):

كانال هاي ارتباطي PLC مي توانند امكانات تلگراف خصوصي و پست تصويري را نيز فراهم نمايند. در شبكه هاي فشار قوي، مي توان جهت اعمال مديريت عملياتي مناسب از دور نويس ها(Tele printer) استفاده نمود. در اين حالت امكان نگهداري اطلاعات مبادله شده در مبدا و مقصد فرمان وجود خواهد داشت. سرعت ارسال سيگنال هاي تلگراف بسته به نوع دور نويس مورد استفاده معمولا بين(Bd)50 تا (Bd)70 بوده، در حاليكه سرعت ارسال اطلاعات پست تصويري ممكن است بالاتر باشد.

1-4-3- كنترل و نشاندهي از راه دور(Tele control & Tele indication):

در شبكه هاي فشار قوي پيچيده، كنترل و ديسپاچينگ شبكه حلقه بسته اي را تشكيل مي دهد كه در آن وضعيت دستگاه هاي بسياري از نقاط مختلف‌و دور از هم شبكه‌در يك مركز مشخص مي‌شود. اطلاعات استخراج شده، مورد تجزيه تحليل قرار گرفته و تصميمات مورد لزوم گرفته مي شود سپس فرامين مناسب براي دستگاه هاي مختلف ارسال گشته و بدين ترتيب وضعيت آنها تصحيح مي گردد و وضعيت جديد دستگاه ها توسط مركز كنترل مشاهده مي شود. جهت نظارت و ديسپاچينگ موثر براي بهره برداري كامل از شبكه لازم است اطلاعات مربوط به مقادير آنالوگ نظير ولتاژ، جريان و توان به علاوه اطلاعات مربوط به وضعيت كليدها، ايزولاتورها و غيره همواره از پست ها و نيروگاه هاي مختلف به مركز ديسپاچينگ ارسال گردند. در اين رابطه از سيستم‌هاي PLC مي توان استفاده شايان توجهي نمود.

براي مخابره اين اطلاعات از سرعت هاي پايين نظيرBd50 تا سرعت هاي بالا نظير Bd 2400 استفاده مي شود در صورتي كه بخواهيم سيگنال ها را همراه با صحبت ارسال نمائيم طيف صحبت از 300 الي 2400 يا 2000 هرتز بوده و باقي باند فركانسي4 كيلوهرتز به آنها اختصاص داده مي شود. در سرعت هاي بالا نظير Bd 1200 تا Bd 2400 لازم است كه كليه طيف فركانسي4 كيلوهرتز به اطلاعات فوق الذكر تخصيص داده شود.

 

 

1-4-4- حفاظت از راه دور(Tele protection):

به منظور حفظ جان پرسنل و پيشگيري از خسارت دستگاه ها و همچنين تضمين پيوستگي و تداوم نيرورساني در شبكه هاي فشار قوي، اين گونه سيستم ها را بايستي در مقابل خطاهايي از قبيل اتصال كوتاه حفظ نمود.

حفاظت در مقابل اتصال كوتاه بوسيله رفع آن با بي برق كردن خط معيوب توسط دستگاه هاي تشخيص اتصال كوتاه (رله هاي حفاظتي) امكان پذير مي باشد. براي انجام اين كار در اسرع وقت ودر عين حال براي پيشگيري از قطع شدن ساير كليدها و رله هاي مربوطه در شبكه، برقراري يك مسير ارتباط علائم حفاظتي پايين رله هاي حفاظتي ضروري مي باشد.

جهت ارسال علائم حفاظتي مي توان از يك كانال PLC اختصاصي (Protection only) استفاده نمود كه به پهناي باندي معادل 5/2 كيلوهرتز نياز مي باشد. از آنجائي كه علائم حفاظتي تنها در زمان وقوع اتصال كوتاه در خطوط فشار قوي ارسال مي گردند، در مواقع كار عادي شبكه فشار قوي هيچ استفاده مفيدي از چنين كانال هايي نمي كند.

علائم حفاظتي را مي توان بر روي يك كانال PLC حامل صحبت و ديتا نيز ارسال نمود. در هنگام وقوع خطا، ارسال صحبت و ديتا براي لحظه كوتاهي (تا هنگام رفع خطا) قطع شده و از كل باند 4 كيلوهرتز و حداكثر توان فرستنده براي ارسال علائم حفاظتي استفاده مي شود. مزيت اين روش استفاده مفيدتر از باند فركانسي قابل استفاده مي باشد. اما عيب اين روش آن است كه ارسال اطلاعات صحبت و ديتا هر چند براي زماني كوتاه دچار وقفه شده و ممكن است همين وقفه كوتاه خصوصاً در ارسال ديتا، كننترل شبكه را دچار اشكال نمايد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2- تشريح PLC

اجزا و بلوكهاي مختلف PLC را مي توان به دو گروه آنالوگ و ديجيتال تقسيم نمود. بلوك هاي آنالوگ غالبا وظيفه تقويت و واسطه ترمينال با خط انتقال و بلوك هاي ديجيتال عموما وظيفه پردازش سيگنال ديجيتال را در باند پايه بر عهده دارد. در ادامه ابتدا جزئيات بلوك هاي آنالوگ PLC و سپس ديجيتال PLC را ذكر مي كنيم.

2-1 وسائل مورد استفاده در سيستم فرابري خطوط فشار قوي (PLC)

در نخستين سالهاي استفاده از سيستم PLC چنين معمول بود كه وسايل فرابري با روش موسوم به اتصال آنتن به خطوط فشار قوي وصل شوند. در اين روش وسايل فرابري به يك هادي ايزوله شده وصل مي گرديد كه در روي همان برجي كه مدار مورد نظر واقع بود قرار داشت. به تدريج روشن شد كه قسمت اعظم انرژي انتقال داده شده بر روي خط فشار قوي از راه خازن حاصل بين خط و آنتن به هدر مي رود. بنابر اين خازن هاي كوپلاژ براي رفع اين نقصه طراحي شدند. اين خازن ها از نظر كار كردن مطمئن تر بوده و به راحتي نصب مي گردند و موثرتر هستند. همچنين داراي اين مزيت هستند كه مي توان به طور همزمان و در ارتباط با وسائل اندازه‌گيري براي تامين ولتاژ لازم جهت رله‌هاي حفاظتي و وسائل اندازه‌گيري از انها استفاده نمود.

2-1-1- مشخصات خازن كوپلاژ

اجزاء خازن در يك پوشش سيلندري شكل قرار دارند كه دو سر آن فلزي است. است. اجزاء خازن از تعداد زيادي بخش فعال كه به طور سري بهم وصل شده اند تشكيل يافته است. هر بخش فعال تشكيل شده از كاغذ مخصوص و ورق هايي كه طوري قرار داده شده اند كه خاصيت القايي نداشته باشند. خازن هاي مختلف با ولتاژهاي متفاوت ساخته شده و از رديف كردن آنها با هم خازن كوپلاژ مورد نظر را مي سازند.

مجموعه اين‌ها بر روي يك‌پايه فلزي كه داراي سوئيچ اتصال زمين و يك برقگير كوچك (Protective GAP) و سيم پيچي معروف بهCarrier Drain Coil مي باشد،قرار دارند. خاصيت اين سيم پيچي عبارت است از زمين كردن آن صفحه خازن كه به خط وصل نشده و به طور همزمان ايجاد يك امپدانس بالا در فركانس فرابري از سوئيچ اتصال زمين براي حذف سيم پيچ بالا در مواقع تعميرات يا بررسي دستگاه استفاده مي شود. در اين صورت خازن به طور مستقيم زمين شده است.

برقگير داخلي براي حفاظت اين سيم پيچي از ولتاژهاي بالا در هنگام بهره برداري نصب شده است. در شكل زير دياگرام يك خازن كوپلاژ با دستگاه تامين ولتاژ Potential Device نشان داده شده، دستگاه تامين ولتاژ عمدتا تشكيل شده از يك ترانس كه به بخش پايين خازن يا پايه آن وصل شده و بدين ترتيب ولتاژي متناسب با ولتاژ خط توليد مي كند.(مطابق خاصيت تقسيم ولتاژها در خازن) يك راكتانس متغير نيز براي تنظيم اختلاف فاز وولتاژ پيش بيني شده است. همچنين يك ترانس قابل تنظيم براي دامنه ولتاژ در نظر گرفته شده. دستگاه تامين ولتاژ از طريق يك سيم پيچي(چوك) مربوط به فركانس فرابري به خازن متصل شده كه باعث جدا شدن دستگاه از خازن در فركانس هاي فرابري مي شود.

شكل 12 دياگرام خازن كوپلاژ بدون وسيله تامين ولتاژ

1- خازن كوپلاژ 9- سوئيچ اتصال زمين كارير

2- خازن كوپلاژ چندتائي 10- برقگير داخلي

3- محافظه نگهدارنده 11- سيم پيچي Drain

شكل 13 دياگرام خازن كوپلاژ با دستگاه تامين ولتاژ

1- خازن كوپلاژ 2- خازن كوپلاژ چندتايي

3- جايگاه 4- كليد اتصال زمين ترانس

5- برقگير داخلي ترانس 6- راكتور متغير

7- ترانس قابل تنظيم ولتاژ 8- خازن جبران كننده ضريب قدرت

9- كليد اتصال زمين كارير 10- برقگير كارير

11- سيم پيچ Drain 12- سيم پيچ چوك كارير

2-1-2- مشخصات لاين تراپ (تله خط)

يك لاين ترپ عبارتست از يك مدار تشديد كننده موازي كه طوري تنظيم شده است كه در فركانس معين فرابري داري امپدانس زياد باشد. اين مدار به طور سري با يكي از هادي هاي خط انتقال قرار مي‌گيرد. لاين ترپ داراي امپدانس بسيار كمي در فركانس هاي خطوط قدرت بوده و بنابراين جريان فشار قوي معمولي را تحت تاثير قرار نمي دهد. در يك شبكه فشار قوي مسيرهايي كه قابليت انتقال فرابري را به طور همزمان دارا مي باشد توسط لاين ترپ از مسير اصلي جدا مي شوند.

خاصيت اصلي آنها در اين زمينه عبارتست از جلوگيري از انتقال اتصالي در روي يك خط مجاور به خط كارير و در نتيجه جلوگيري از اختلال در حمل سيگنال مربوطه مي باشد. به طور كلي لاين ترپ با محدود و منحصر كردن بخش زيادي از انرژي فرابري (كارير) در يك مسير معين و مشخص و همچنين با جدا كردن منابع تضعيف از خط كارير و باعث افزايش سطح سيگنال ها مي گردد.

يك مدار معمولي از لاين‌ترپ در شكل (14) نشان داده شده اين واحد داراي‌400 آمپر‌جريان در‌60 سيكل است.

شكل 14- مدار معمولي لاين تراپ

يك لاين ترپ كه به تنهايي در انتهاي يكي از فازها، بين فاز و زمين قرار گرفته باشد به طور محسوس نمي تواند از تداخل فركانس هاي مزاحم در دو فاز ديگر جلوگيري كند. زيرا بر جريان دو فاز ديگر تاثيري ندارد. در دادن دو لاين ترپ در دو فاز باعث كارآيي بيشتر در اين زمينه است. حتي در اين صورت هم معمولا بقدر كافي عدم تعادل در سيستم در فركانس‌هاي كارير موجود است تا باعث ايجاد جريان قابل توجهي در فاز سوم گردد.

قرار دادن يك لاين ترپ در هر يك از سه فاز تنها راه موثر براي جداسازي يك كانال مشخص به منظور كاهش تداخل مي باشد. در اين صورت روش كوپلاژ تاثيري ندارد.

2-1-3- وسايل تنظيم

مقاومت بار خطوط انتقال نيرو در فركانس هاي فرابري بين 400 تا 900 اهم مي باشد و راكتانس خازن كوپلاژ كه به طور سري با بار قرار دارد و بايستي طوري تنظيم و تغيير يابد كه حداكثر كارائي كوپلاژ و شرايط مناسب مقاومت باري از نظر انتقال فرابري فراهم آيند. اين شرايط با قرار دادن يك اندوكتانس قابل تنظيم به شكل سري با خازن مورد نظر به وجود مي آيد. بنابراين با تنظيم اندوكتانس مي توان آن مقدار از اندوكتانس را به طور سري با خازن قرار داد كه اندوكتانس خازن كوپلاژ را در فركانس فرابري خنثي نمايد.

خاصيت اصلي يك وسيله تنظيم(Line Tung Unit) عبارتست از تهيه يك اندوكتانس قابل تنظيم براي اين منظور اين وسيله معمولا به شكل يك سيم پيچ اصلي‌با درجات مختلف مي‌باشد كه اندوكتانس‌هاي وسيعي را مي پوشاند و هر مقدار لازم از اندوكتانس را در مدار قرار مي دهد.

وسايل تنظيم‌ خط (Line Tuners) همچنين شامل يك ترانسفورماتور انطباق امپدانس (Impedance- Matching Transformer) مي باشد كه مشخصات امپدانس خط را به مقداري كه به راحتي قابل فرستادن به كابل هاي كواكسيال باشد و تغيير مي دهد. اين كابل ها بين خط فشار قوي و وسايل فرابري قرار دارند.

شكل 16-دياگرام تنظيم كننده تك فركانسي فاز به فاز شكل 15- دياگرام تنظيم كننده تك فركانس

دياگرام مربوط به يك تنظيم كننده تك فركانس در شكل(15) نشان داده شده است. اين تنظيم كننده براي كوپلاژ كردن انرژي فرابري بين يك فاز خط انتقال و زمين بكار برده مي شود. اتصال زمين در اين مدار بعنوان مسير جريان برگشتي مورد استفاده است. يك برقگير براي حفاظت در مقابل ولتاژ هاي بالا نيز در آن بكار رفته است. سوئيچ اتصال زمين در مواقع تنظيم دستگاه و بازرسي دستگاه بكار برده مي شود. دياگرام مربوط به يك تنظيم كننده تك فركانس‌فاز به فاز در شكل(16)نشان داده شده است و در اين دستگاه دو سيم پيچ اندوكتانس مجزا و دو سيم پيچ قابل تنظيم (Variometers) بكار رفته است. يعني بازاء هر خازن يك عدد از آنها تراسفورماتور انطباق امپدانس در اين مدار از راه زمين كردن وسط آن در خدمت هر دو قسمت است.

2-1-4 وسايل تنظيم چند فركانسي

اغلب ضروري است كه به يك خط معيني بيش از يك فركانس فرابري كوپل(سوار) شود. در اين صورت روشن است كه استفاده از يك سيستم چند فركانسي كه با كمك يك خازن كوپلاژ بتواند دو يا چند فركانس فرابري جداگانه را تنظيم و مورد استفاده قرار دهد و بسيار اقتصادي خواهد بود.

دياگرام نمايش يك تنظيم كننده دو فركانس]Two Frequency Tuner[ براي استفاده بين خط و زمين در شكل زير نشان داده شده است.

شكل 17- دياگرام تنظيم كننده دو فركانسي براي استفاده بين خط و زمين

اين سيستم عمدتا از دو تنظيم كننده تك فركانس مجزا تشكيل شده كه هر كدام داراي يك مدار تله‌اي، تشديد(رزونانس) بطور سري مي باشند. هر مدار تله‌اي( Trap Circuit )بر روي آن فركانس فرابري تنظيم شده است كه بايستي از اندوكتانس مدار مقابل بگذرد.

مدار تله اي( Trap Circuit ) داراي راكتانس قابل توجه اي در فركانس تشديد مي باشدو به همين دليل اندوكتانس اصلي سري را نمي توان بطور كامل تنظيم كرد مگر اينكه مدار تله اي بطور جداگانه بر روي فركانس مورد نظر تنظيم شده باشد. بايستي توجه داشت كه تلفات در مدار تله با كم شدن فركانس به سرعت افزايش مي يابد.‌بنابراين‌بايستي‌كوشش نمود‌تا‌با‌جداسازي كامل دو فركانس از اين امر جلوگيري شود.

اين روش استفاده از تنظيم كننده براي دو فركانس مجزا را مي توان به طور تئوريك تا هر تعداد از فركانس هاي مجزا كه مايل باشيم گسترش داد. مثلا شكل(17)يك سيستم سه فركانس را نشان مي دهد. در اين حالت مدارهاي تله اي موجود در هر شاخه را بايستي بر روي فركانس هاي دو شاخه ديگر تنظيم نمود البته از نظر اقتصادي و ساير ملاحظات‌معمولا صحيح نيست يك خازن را براي بيش از دو فركانس بكار برد.

پيچيدگي دستگاه تنظيم كننده و مشكلات موجود براي تنظيم درست دستگاه براي سه فركانس مختلف اغلب استفاده از اين سيستم را غير قابل توصيف مي كند.

شكل 18- سيستم تنظيم كننده سه فركانس براي يك خازن

يك مدار تنظيم كننده ديگر كه با دو فركانس بطور سري قرار دارد و احتياج به يك سيم كواكسيال دارد. در شكل(18)نشان داده‌شده است روش تنظيم اين مدار عبارتست از اتصال كوتاه كردن L₁C₁‌ و تنظيم L براي حالت تشديد سري با C در فركانس هاي بالاتر از دو فركانس مورد نظر يا بازكردن اتصال كوتاه و همچنين بازكردن L₂ نقطه مي توان L₁ و C₁ را چنان تنظيم كرد كه به حالت تشديد در همان فركانس در آيند. به اين ترتيب L₁ و C₁ به طور موثر باعث اتصال كوتاه شدن L₂ در فركانس هاي بالاتر مي گردند و اندوكتانس L₂ - بدون توجه به مقدار آن – در اين فركانس هيچ تاثيري در مدار ندارد.

شكل 19- مدار تنظيم كننده با دو فركانس بطور سري

چنانچه تنظيم كننده دو فركانس از نوع بالا براي كوپلاژ دو انتقال دهنده( Transmitter) به يك خط بكاربرده شود بايستي از مدار تله اي در خروجي انتقال دهنده استفاده نمود‌تا از تداخل آنها هنگام كار جلوگيري شود.

2-1- 5- حذف وسايل تنظيم كننده بيروني

در بسياري از مدارهاي فرابري (كارير) وسائل موجود قادر به كار در شرايط بسيار سخت تري از نظر كاهش يا فروكاست( Attenuation )مي باشد در اين صورت از ديد اقتصادي و همچنين سهولت بهره برداري مي توان وسائل تنظيم بيروني را حذف كرده و بجاي آن واحدهاي مشابه اي را در نظر گرفت. در اين صورت معمولا كابل كواكسيال مستقيما به خازن كوپلاژ متصل مي گردد. همانند شكل(20).

شكل‌21- نحوه اتصال كابل كواكسيال به خازن كوپلاژ از طريق ترانسفورماتور شكل20-نحوه اتصال كابل كواكسيال و خازن كوپلاژ

مي توان با استفاده از يك ترانسفورماتور انطباق امپدانس مقدار تلفات را در كابل كه بر اثر عدم انطباق امپدانس ها در محل تلاقي كابل و خازن بوجود مي آيد، كاهش داد و همان طور كه در شكل(21)نشان داده شده چنين ترانسفورماتوري مي تواند دامنه امپدانس انتقالي را برابر امپدانس كابل موقع قطع و وصل گرداند ولي قادر به جبران خازن موجود در كل امپدانس خط و خازن كوپلاژ نمي باشد.

تلفات در يك طول معيني از كابل كواكسيال بستگي به فركانس مورد استفاده و راكتانس خازن كوپلاژ و امپدانس خط موقع قطع و وصل دارد.البته مشخصات كابل مورد استفاده نيز موثر است.

 

 

 

 

 

3- Analog Power-Line Carrier (APLC)

سيستم هاي آنالوگ PLC معمولا براي انتقال صدا استفاده شده اند. كاربرد اصلي يك سيستم PLC آنالوگ يك اتصال تلفني بين ايستگاه هاي دور و يك مركز كنترل است.

هر كانالAPLC در باند‌AF از Hz 300‌تا kHz 720/3 (kHz 4) براي حمل‌كردن‌اطلاعات سيگنال‌هاي آنالوگ يك منبع مخابراتي راه دور است.

كانال هاي آنالوگ حتي در وضعيت هاي بسيار بد به صورت قابل اعتماد بهره بر داري مي شوند(مثلا اقليم بد) انتقال در وضعيت هاي بد باعث باريك شدن راه انتقال و بالا رفتن سطح نويز و تداخل ها است كه در نتيجه سيگنال به نويز پايين درگيرنده ظاهر مي شود.

دو نسخه از كانال هاي APLC در دسترس هستند: «استاندارد» و «اضافه كردن كلام» واسطه هر كانال APLC استاندارد شامل 3 پورت آنالوگ چهار سيمه و يك ورودي براي كنترل سيگنال Boost است.

كانال AF پورت 1 مي تواند عمل عبور سيگنال هاي آنالوگ را انجام دهد. كانال AF پورت 2 مي تواند اتصال سيگنال هاي محافظتي از راه دور را سرويس دهد.

اضافه كردن صحبت، كانال APLC براي كانال هايي كه به صورت مستقيم براي ارسال تلفن هاي عمومي و ارتباطات تلفني راه دور از قبيل Fxs بكار مي رود است.

شكل 22 - كانال APIC

3-1 مشخصات كانال آنالوگ

(Gross) 4: پهناي باند (KHz)

372 – 300: باند AF قابل استفاده (Hz)

(Standard) (Speech-plus): ورژن كانال

Wire Port &Boost – 4*3: محاسبه كانال AF

Yes (in Tx and Rx direction): فيلتر عمومي

Wire E&M (Trunk), -14-2Universal; FXs, Fxo : واسطه تلفني

-300 dB Pilot Level: حساسيت گيرنده

(db51 (PEP/Channel = Low: Line attenuation

db40 : محدود AGC

«Master-slave» Yes; : همزماني

Maintenance speech ch: پيوستگي عملكرد

TPS Function PST-9-A (option)

3-2 اجزاء APLC

كارت هاي واسطه آنالوگ، كه وظيفه پردازش هاي آنالوگ كانال هاي صحبت را در باند پايه و در باند مياني به عهده دارند و شامل بخش هاي زير مي باشند:

1- درايور جدا كننده و مخلوط كننده

2- تقويت كننده توان

3- فيلتر فرستنده

4- هايبريد

5- فيلتر گيرنده

6- منبع تغذيه

3-3 تشريح PLC آنالوگ

3-3-1 درايور جدا كننده و مخلوط كننده

بلوك درايور شامل سه قسمت مي باشد. قسمت اول از يك درايور(تقويت كننده جريان) تشكيل شده، كه ورودي بلوك هم مي باشد. علت وجود اين قسمت، امپدانس بالاي خروجي بلوك ISB و امپدانس پايين ورودي فيلتر پايين گذر(صفر تا 500 كيلوهرتز) مي باشد. فيلتر پايين گذر قسمت دوم اين بلوك را تشكيل مي دهد كه وظيفه آن حذف سيگنال تصوير شده خروجي مدولاتور است. با توجه به حداكثر فركانس حامل سيستم 500 كيلوهرتز، و فركانس نمونه برداري 6/1 مگاهرتز، فركانس قطع فيلتر 1 مگاهرتز بالاتر از لبه باند عبور 500 كيلوهرتز مي باشد. در قسمت سوم بلوك، دامنه ولتاژ خروجي، به حد مناسب براي درايور نمودن تقويت كننده توان، رسانده مي شود.

به دليل استفاده از سيستم در فواصل متفاوت، نياز به ارسال توان، متناسب با فاصله مي باشد كه موجب تنوع در طراحي مي شود. براي به حداقل رساندن تنوع اجزاء و سادگي سيستم، فواصل را به دو دسته دور و نزديك تقسيم مي نماييم و حداكثر توان را به ترتيب 20 وات و 40 وات در نظر مي گيريم. در اين حالت كافيست كه يك ماژول تقويت كننده توان، با حداكثر توان 20 وات طراحي شود. براي فواصل دور مي توان از دو ماژول 20 وات براي رسيدن به توان 40 وات بهره جست. به علاوه استفاده از دو ماژول، ضريب اطمينان را بالا مي برد، به قسمي كه در صورت بروز مشكلي در يكي از ماژولها، ماژول ديگر به كار خود ادامه داده و ارسال سيگنال قطع نمي گردد. از سوي ديگر، تقويت كننده 20 وات از لحاظ اقتصادي و مسائل طراحي نسبت به 40 وات به صرفه تر بوده و مراحل كار را آسانتر مي كند.

جهت استفاده از دو تقويت كننده توان 20 وات به جاي يك تقويت كننده 40 وات، نياز به بخش هاي مخلوط كننده مي باشد. جدا كننده، سيگنال رسيده را به دو بخش تقسيم مي نمايد كه توان هر يك نصف توان ورودي مي باشد. سيگنال هاي خروجي اين بخش، تحت مسيرهايي جدا به بخش تقويت كننده قدرت وارد شده و بعد از تقويت، جهت تشكيل سيگنال واحد تقويت شده، وارد بخش مخلوط كننده مي شوند. عبور از فيلتر ميانگذر فرستنده(Tx)، سيگنال را براي ارسال بر روي خط آماده مي كند.

3-3-2 تقويت كننده توان

اين بلوك جهت تقويت سيگنال مدوله شده به شكل ماژول 20 وات طراحي شده است. بر خلاف ترمينال هاي PLC آنالوگ كه اطلاعات صحبت به صورت آنالوگ مدوله مي شود، در سيستم ديجيتال، از مدولاسيون چند سطحي QAM [5] (حداقل 1024 سطح= QAM 1024) استفاده مي گردد. QAM تركيبي از مدولاسيون دامنه (AM) و فاز (PM) مي باشد. در اين مدولاسيون، دو سيگنال با اختلاف فاز 90 درجه، سيگنال هاي حامل را تشكيل مي دهند. به عبارت ديگر، يك حامل سينوسي و يك حامل كسينوسي وجود دارد. اطلاعات بر روي دامنه اين دو حامل قرار مي گيرد.

در اين شيوه مدولاسيون، هر سمبل(مجموعه اي از صفر و يكها) تركيبي از فاز و دامنه سيگنال است و با توجه به وجود دو حامل، بدون نياز به پهناي باند اضافي، ظرفيت ارسال دو برابر و از تراكم فركانس جلوگيري مي شود. مدولاسيون QAM در مخابرات سيار و ماهواره كاربرد فراوان دارد و بلوك دياگرام آن در شكل(23) مشاهده مي شود:

شكل 23 - بلوك دياگرام مدولاسيون QAM

با توجه به تعداد زياد سطوح، نمونه ها در فضاي برداري سيگنال[6]، بسيار به يكديگر نزديك مي باشند. لذا سيستمي كه حامل اين سيگنال پيچيده است بايد رفتار خطي بسيار مناسبي داشته باشد. با توجه به ملاحظات فوق، پارامترهاي مهم در طراحي تقويت كننده توان، راندمان، خطي بودن و مدولاسيون داخلي[7] مي باشد.

3-3-3 فيلتر فرستنده

سيگنال مدوله شده بعد از تقويت، جهت ارسال بر روي خط انتقال قرار مي گيرد. سيگنال در مرحله تقويت در معرض اعوجاج هارمونيكي قرار مي گيرد كه در صورت انتقال چند كانال ديگر در همان خط، تداخل هارمونيك هاي كانال با فركانس مركزي پايين تر بر روي كانال با فركانس مركزي بالاتر، باعث اختلال در آن مي شود. پس لازم است كه هر كانال بعد از‌تقويت جهت ارسال، ابتدا فيلتر و هارمونيك‌هايش حذف شود.

با توجه به پهناي باند سيگنال ارسالي 40 تا 500 كيلوهرتز، پايين ترين فركانس 40 كيلوهرتز مي باشد كه داراي هارمونيك هاي 80 و 120 و ... كيلوهرتز است. نياز به فيلتر بسيار تيز براي حذف هارمونيك ها نيست و فيلتري با پهناي باند 20 كيلوهرتز نيز كفايت مي كند. افت باند عبور در اين فيلتر بايد كم باشد و به همين علت به المان هايي با Q بالا احتياج داريم. اجزاء اين فيلتر بايد قادر به تحمل توان 20 يا 40 وات سيگنال باشند. فركانس مركزي آن نيز در محدوده 40 تا 500 كيلوهرتز است.

3-3-4 مدار هايبريد

در سيستم PLC كابل فشار قوي به عنوان محيط انتقال در جهت ارسال و دريافت بكار مي رود. بلوك هايبريد به عنوان مدار واسط بين خط انتقال دو سيمه و بلوك فرستنده و گيرنده سيستم‌(چهار‌سيمه)‌مي باشد. تبديل چهار سيم به دو سيم بر عهده اين بلوك است. وظيفه ديگر هايبريد انتقال سيگنال بلوك فرستنده به خط انتقال و انتقال سيگنال دريافتي از خط به بلوك گيرنده با تلفات كم مي باشد. در حالت ايده آل نبايد سيگنال بلوك فرستنده به بلوك گيرنده نشت نمايد.

3-3-5 فيلتر گيرنده

سيگنال دريافتي مدار هايبريد كه به گيرنده مي رسد ممكن است شامل چند كانال باشد. پس نياز است كه كانال مورد نظر را كاملا جداسازي نموده، تا در كانال هاي مجاور تداخل ايجاد ننمايند. با توجه به اينكه پهناي باند هر كانال 8 كيلوهرتز مي باشد و كاملا در كنار هم قرار دارند، نياز به يك فيلتر با پهناي باند نزديك به 8 كيلوهرتز با فركانس مركزي بين 40 تا 500 كيلوهرتز داريم. پهناي باند بيش از اين مطلوب نبوده و سبب تداخل هاي شديد مي شود. به علت اينكه قبل از فيلتر، در بخش تضعيف كننده، سيگنال دريافتي تضعيف مي گردد توان ورودي اين فيلتر پايين است و احتياج به المان هاي ولتاژ بالا ندارد.

3-3-6 منبع تغذيه

ولتاژهاي تغذيه كليه ماژول ها، مي باشد كه بايد توسط اين بلوك از ولتاژ V_DC 48 ورودي با تلرانس % 20+ و % 15- تهيه شود. پس اين منبع در حقيقت يك مبدل DC به DC است.

با توجه به تنوع ولتاژهاي مورد نياز و جريان مصرفي هر يك(توان مورد نياز كه تقريبا معادل 100 وات است) جهت بالا بردن راندمان منبع تغذيه، در طراحي اين كارت از روش سوئيچينگ استفاده شده است.

4- PLC ديجيتال

پيشرفت هاي شگرف در شبكه هاي مخابراتي، تقاضا براي افزايش و ايجاد كانال هاي ديجيتال را در حوزه شبكه هاي الكتريكي بطور قابل ملاحظه اي افزايش داده است. در انتقال سيگنال هاي مخابراتي با استفاده از PLC ، افزايش پهناي باند تنها با استفاده بهتر از آن حاصل مي گردد قابليت جديد PLC هاي ديجيتال را مي توان در موارد زير دانست:

- مي توان اطلاعات انتقال داده شده توسط چند لينك PLC قديمي را توسط يك لينك برقرار نمود و مشكل تحصيص فركانس خط ارتباطي (تراكم فركانس[8]) را بر طرف نمود.

- با توجه به نرخ بالاي ارتباط، استفاده از آن به عنوان واسط شبكه امكانپذير است.

- مسير پشتيبان[9] مناسبي براي اطلاعات حياتي لينك هاي مايكروويو و فيبر نوري محسوب مي شود.

هر كانال DPLC در يك ظرفيت انتقالي فشرده بر حسبKilobites-per-second (KBPS) يك منبع مخابراتي راه دور است. ظرفيت انتقال كانال DPLC از ترمينال PLC عمومي مدل 9-PGC در محدوده KBPS 96 تا KBPS 6/9 قابل برنامه ريزي است.

همچنين فركانس پهناي باند اشغال شده بوسيله كانال DPLC در محدوده (4 يا 3و2و1 = n) قابل برنامه ريزي است.

كانال DPLC اطلاعات را به شكل ديجيتال قادر است انتقال دهد.

كانال DPLC در مقابل اوضاع عملكردهاي زيان آور، حساس تر است اما استفاده موثرتري از باند فركانس مربوطه براي مخابرات PLC مي شود.

ممكن است تمام ظرفيت انتقالي كانال DPLC فقط براي يك سيگنال ديجيتال استفاده شود كه آنرا استفاده تك منظوره از كانال DPLC مي نامند، در اين صورت ساير كانال ها بخاطر سيگنال ديجيتالي كه مستقيما به كانال ارتباط DPLC اتصال يافته رو به زوال خواهند رفت.

انتقال تعداد زيادي سيگنال ديجيتال روي كانال DPLC و چندين كاربرد روي يك كانال DPLC را استفاده چند منظوره از كانال DPLC مي نامند. در اين مورد با استفاده از بخش كننده AMUX دسترسي به كانال ديجيتال (Digital access multiplexer) امكان پذير است. عملكرد اصلي AMUX ديجيتالي و فشرده سازي سيگنال هاي آنالوگ و تقسيم بندي زمان اطلاعات و ديجيتالي كردن سيگنال است تا براي انتقال روي كانال DPLC مناسب شوند.

در PLC ديجيتال(DPLC) حداقل سه كانال صحبت، به همين تعداد مشترك داخلي و در كنار آن سه كانال ترانك در نظر گرفته مي شود. براي مشتركين داخلي مدار واسطه «مبدل زنگ»[10] موجود مي باشد. در نرم افزار مديريت سيستم، بخشي به نام پردازش مكالمه وجود دارد كه وظيفه ارائه سرويس مكالمه را به هر مشترك به عهده دارد. اين سرويس ها شامل تن هاي لازم (مانند تن زنگ، تن شماره گيري، تن برگشت زنگ)، تشخيص شماره گيري، توليد و تشخيص سيگنالينگ، و سوئيچينگ لازم براي برقراري تماس نقطه به نقطه با گرفتن شماره مقابل مي باشد. وظيفه نرم افزار مديريت، راه اندازي بخش هاي ديجيتال سيستم است.

DPLC قابليت ارسال حداقل يك كانال داده آسنكرون با حداكثر نرخ بهينه شده با شرايط خط (حداكثر bps 57600) را دارا مي باشد كه براي ارسال اطلاعات از پايانه هاي‌راه دور‌به مركز به كار‌مي رود.

ارسال همزمان حداقل سه كانال صحبت و داده از طريق پهناي باندي برابر KHz 8، استفاده از فشرده سازي صوت را الزامي مي نمايد. در اين تكنيك، ضرايب خاص(در حوزه فركانس) حاصل از پردازش صوت ارسال و در مقصد مجددا بازسازي مي شود. در DPLC با بهره گيري از تكنيك هاي كدينگ صدا، هر كانال صوتي با نرخ بيت Kbps 8 فشرده و ارسال مي گردد.

در DPLC اطلاعات مربوط به كانال هاي صحبت و داده آسنكرون، با استفاده از تكنيك مالتي پلكس در حوزه زمان[11] به صورت ديناميكي، ارسال و در طرف گيرنده با استفاده از همين روش دي مالتي پلكس مي گردد. انعطاف پذيري مالتي پلكس زماني ، در حدي است كه مي توان با تقسيم بهينه بازه هاي زماني به صورت ديناميك ظرفيت واقعي سيستم را ارتقاء داد.

خروجي مالتي پلكس در قالب دو پورت سنكرون، اطلاعات ديجيتال تقسيم شده را در اختيار دو مودم(تحت پروتكل V.34 براي باندهاي بالا و پايين) قرار مي دهد. اين مودم ها مطابق با استاندارد ITU كار مي كنند و اطلاعات باند پايه را روي طيف كانال تلفني به صورتTCM [12] مدوله مي كنند(ITU نوعي كدينگ براي كنترل و تصحيح خطا است) نرخ اطلاعات ورودي هر كانال وابسته به شرايط خط مي باشد كه حداكثر آن Kbps 8/28 مي باشد.

دو باند مجاور، هر كدام به يكي از كانال ها تخصيص مي يابد و فركانس مركزيشان در باند استاندارد (KHz500-40) مي باشد و در مجموع پهناي باند KHz 8 در خروجي منتهي به مسير ارسال، اشغال مي گردد. بنابراين هر لينك PLC ديجيتال، مجموعا به KHz16 از پهناي باند مجاز در محدوده كار PLC احتياج دارد. طبقات خروجي(تقويت كننده توان، كنترل بهره، فيلترهاي باند مياني، مخلوط كننده) مشابه PLC آنالوگ مي باشد.

در DPLC كليه عمليات پردازش، تصميم گيري، واسط با كانال مخابراتي و كدينگ در باند پايه به صورت ديجيتال پياده سازي مي شود. ضمن آنكه DPLC مجهز به واسط سيستم حفاظت از راه دور[13] با امكان ارسال چهار فرمان نيز مي باشد كه در اين حالت، موقتا مسير ارسال اطلاعات توسط مودم هاي V.34 قطع مي گردد.

شكل (24) شماي كلي نحوه قرار گرفتن، و كاربردهاي عمده يك DPLC را در شبكه سراسري انتقال برق نشان مي دهد.

شكل 24- شماي كلي DPLC در شبكه سراسري اتصال برق

4-1 مشخصات كانال DPLC

MC OFDM QAM: مدولاسيون ديجيتال

Yes: اكولايزر تطابقي

: ظرفيت كانال فرضي8/28 و 24 و 2/19 و 4/14 و 6/9

96 يا 72 و 64 و 56 و 48 و 32

16 يا 12 و 8 و 4 : پهناي باند مورد استفاده (KHz)

Signal-purpose use or multi-purpose use (AMUX): روش هاي استفاده

همچنين اطلاعات AMUX:

(V.34/V.28), V.34, X.21 232-Two interfaces; RS: اتصال به كانال ديجيتال

Or G.703 (CO-or Contra-Direct)

Maintenance speech ch. Tps Function PST_-9-A (option): پيوستگي عملكرد

 

4-2 اجزاء PLC ديجيتال

قسمت ها و كارت هايي كه از طريق باس[14] سيستم، با برنامه مديريت جهت بارگذاري برنامه ها در ارتباط بلادرنگ[15] هستند و در مجموع پردازش هاي ديجيتال را به عهده دارند. اين قسمتها عبارتند از:

1- واسط مشتركين يا مدار مبدل زنگ

2- واسط ترانك

3- حذف كننده انعكاسي صوتي كانال هاي صحبت[16]

4- فشرده ساز صدا

5- مالتي پلكسر ديناميك

6- واسط TPS [17]

7- مدولاتور ISB

8- دمولاتور ISB

9- مودم V.34

ضمنا علاوه بر نرم افزارهايي كه امكان ارتباط كارت هاي مختلف PLC را با واحد پردازش و كنترل مركزي فراهم مي آورند، سيستم هاي ديجيتال مجهز به نرم افزار واسط كاربر و ماشين (HMI)[18] هستند كه امكان نصب و مانيتورينگ سيستم را به كاربر مي دهد. بلوك دياگرام DPLC‌در‌شكل (25) مشاهده مي شود.

 

شكل 25- بلوك دياگرام DPLC

 

4-3 تشريح DPLC

4-3-1 واسط مشتركين يا مبدل زنگ

اين كارت محل اتصال خطوط داخلي(مشترك) به سيستم و شامل مدارات واسطه مورد نياز مي باشد. توليد سيگنال زنگ، ولتاژ خط، تبديل دو سيم به چهار سيم، دريافت پالس ها يا تن هاي شماره گيري، تشخيص وضعيت گوشي[19] و توليد تن هاي مورد نياز بر عهده اين قسمت است. پهناي باند هر كانال، توسط فيلترهاي موجود در كارت واسط به 300 تا 3400 هرتز محدود مي شود. خروجي كارت به صورت چهار سيم، به عنوان ورودي به كارت حذف كننده انعكاس صوتي متصل مي گردد.

اين قسمت از طريق ارتباط بلادرنگ با بخش پردازش مكالمه نرم افزار مديريت، فرامين مربوط به مشتركين، از جمله قطع و وصل زنگ به يك مشترك، قطع و وصل تن شماره گيري به يك مشترك، خواندن وضعيت مشترك و ...، را ارسال مي نمايد.

4-3-2 واسط ترانك

اين واحد محل اتصال تعدادي ترانك به سيستم مي باشد كه مي توان آن را به عنوان يك انشعاب از مراكز PABX [20] يا PSTN[21] در نظر گرفت. DPLC مي تواند از اين ترانك ها براي اتصال به شبكه مخابرات استفاده نمايد. اين ارتباط به صورت دو سيم (W2) است.

4-3-3 حذف كننده انعكاس صوتي

با توجه به پردازش سيگنال به صورت ديجيتال در سيستم، مرحله فشرده سازي جهت تقليل پهناي باند توسط مدارات پردازشگر ديجيتال، و همچنين طول خط انتقال نيرو، تاخيري در حدود 200 ميلي ثانيه در ارسال ايجاد مي گردد. به دليل وجود مدار هايبريد مشترك مقابل، سيگنال ورودي بر روي سيگنال خروجي نشت مي نمايد و تمام مراحل فوق در جهت عكس تكرار مي شود و به جاي اوليه خود مي رسد. اين فرآيند در مجموع حدود 400 ميلي ثانيه زمان مي برد. برگشت صدا به اين گونه، براي گوينده آزار دهنده خواهد بود. مشكل فوق، با قرار گرفتن مدار حذف كننده انعكاس در مسير سيگنال، جهت حذف اكو را ضروري مي نمايد. بهترين محل براي حذف اين گونه انعكاسات، دقيقا نقطه ايست كه ايجاد مي شوند.

4-3-4 فشرده سازي صوت

پردازش سيگنال ديجيتال در DPLC اين امكان را فراهم مي آورد كه با كدينگ اطلاعات صحبت بتوان اطلاعات زايد و غير ضروري[22] را حذف نمود. به علاوه كدينگ اطلاعات به نوعي سيگنال را رمز نگاري كرده و سطح امنيت تبادل اطلاعات را بالا مي برد. دو مورد مذكور از مزاياي مهم سيستم هاي پردازش ديجيتال است و پياده سازي آنها در PLC آنالوگ غير ممكن مي باشد.

به منظور در اختيار داشتن چند كانال صوتي بر روي كانالي با پهناي باند محدود، از روش هاي كدينگ(فشرده سازي) صوتي بهره گرفته مي شود. در اين روش، نخست تبديل كسينوسي گسسته (DCT)[23] سيگنال ديجيتال با استفاده از فرمول زير بدست مي آيد:

كه در آن S آرايه اي N تايي از مقادير سيگنال اصلي و t آرايه اي N تايي از مقادير سيگنال تبديل يافته مي باشد. ضرايب ثابت c نيز عبارتند از :

با اين تبديل مي توان تنها اطلاعات با ارزش تر و مفيدتر سيگنال را ارسال نمود. به عنوان مثال اطلاعات مفيد سيگنال صحبت تنها در چند ضريب اول DCT نهفته است و ضرايب ديگر، بدليل كوچك بودن پس از كوانتيزاسيون حذف مي شوند.

پس از بدست آمدن ضرايب تبديل يافته سيگنال، عمل كوانتيزاسيون روي آنها اعمال مي گردد.

آنگاه با استفاده از يكي از روشهاي كدينگ با طول متغير(VLC)[24] مانند كدينگ هافمن، آنتروپي اطلاعات كاهش يافته و حاصل به صورت يك جريان بيتي[25] تحويل بلوك هاي بعدي سيستم قرار مي گيرد.

در طرف مقابل براي بازسازي صوت از همين ضرايب و تبديل DCT معكوس(كه مشابه تبديل مستقيم آن است) بهره گرفته مي شود. با بالا بردن ضريب كوانتيزاسيون، تعداد ضرايب DCT كاهش، و ميزان فشرده سازي اطلاعات افزايش مي يابد. در نتيجه كيفيت سيگنال بازسازي شده در گيرنده باافزايش فشرده سازي كاهش مي يابد.

در DPLC نرخ فشرده سازي متغير و حداكثر Kbps 8 است و تحت فريم هايي با پريود 20 ميلي ثانيه مرتبا داخل حافظه هاي FIFO[26] نوشته و توسط مالتي پلكسر خوانده مي شود. در مسير گيرنده نيز عكس اين عمل انجام مي گيرد. فشرده سازي با نرخ متغير اين مزيت را در پي دارد كه از پهناي باند موجود براي هر كانال به بهترين نحو استفاده مي شود. به عنوان مثال در مواقع سكوت يك كانال مي تواند پهناي باند آن را در اختيار كانال هاي ديگر(كانال هاي داده) گذاشت، يا تعداد كانال هاي صحبت را افزايش داد.

بلوك فشرده ساز صوت شامل دو بخش اصلي و فرعي[27] مي باشد. بخش فرعي شامل سخت افزارهاي لازم براي ورودي و خروجي هاي كانال هاي آنالوگ صحبت و يك قسمت فشرده ساز براي هر كانال است. بخش اصلي نيز به صورت يك كنترلر عمل مي كند و تبادل صوت فشرده شده بين بخش فرعي با مالتي پلكسر را كنترل مي نمايد.

4-3-5 مالتي پلكسر ديناميك (DMUX)[28]

DPLC قابليت ارسال همزمان كانال هاي صحبت و داده را داراست. فريم هاي دريافت شده از فشرده ساز صوت و داده در كنار هم قرار گرفته و پس از تشكيل فريم واحد، ارسال مي شوند. در طرف مقابل عكس اين عمل، فريم هاي صحبت و داده را از هم جدا مي كند. با توجه به اين كه ممكن است تمامي كانال هاي صحبت به طور تمام وقت و همزمان اشغال نباشند، پهناي باند داده مي تواند متغير باشد و ظرفيت مبادله داده ها به شكل پويا تعيين شود. تحقق اين امر، مالتي پلكس ديناميك را طلب مي كند.

نرم افزار مديريت DPLC ايجاد هماهنگي عمليات قسمت هاي مختلف سيستم را با مالتي پلكسر به عهده دارد. اين هماهنگي ها شامل برقراري ارتباط با DMUX جهت تبادل اطلاعات كنترلي، وضعيت مودم هاي V.34، سيگنالينگ و ... مي باشد. اهميت زياد DUMX ايجاب مي كند كه اين واحد امكان دسترسي مستقيم به حافظه سيستم را داشته باشد.

با در نظر گرفتن كانال هاي صحبت فعال، باقيمانده پهناي باند جهت انتقال اطلاعات پورت داده، در نظر گرفته مي شود. جهت مدولاسيون اطلاعات خروجي DMUX در پهناي باند تلفني، از دو عدد مودم V.34 استفاده مي گردد و DMUX قابليت ارتباط با مودم ها را به صورت سنكرون و آسنكرون داراست.

4-3-6 واسط TPS

سيستم حفاظت راه دور به منظور قطع همزمان كليدهاي دو طرف خط انتقال در موقع بروز عيب در شبكه و جلوگيري از انتشار عيب به ايستگاه هاي مجاور بكار مي رود. در چنين وضعيتي، اطلاعات مربوط به حفاظت يا فرامين حفاظتي از طريق يك كانال مخابراتي مناسب منتقل مي شود.

عملكرد سريع، دقيق و بدون خطا از ضروريات چنين سيستمي مي باشد. در سيستم هاي حفاظت از راه دور، به عدم بروز فرمان هاي ناخواسته، امنيت[29] و به انجام به موقع فرامين ارسالي، وابستگي[30] مي گويند. سيستم هاي حفاظت از راه دور ديجيتال از قابليت اطمينان(وابستگي + امنيت = اطمينان) بالايي برخوردارند. وابستگي و امنيت يك سيستم حفاظت به شرح جدول زير باشد:

 

وابستگي و امنيت يك سيستم حفاظت

	Security		Dependability
Application	SNR	Puc	Tac(msec)	S/N(dB)	Pmc
Blocking	Worst case	<10-3	15	+6	<10-3
Permissive tripping	Worst case	<10-5	20	+6	<10-5
Direct tripping	Worst case	<10-8	40	+6	<10-8
Puc: Probability of unwanted command Tac: Maximum actual transmission time
Puc: Probability of missed command

 

سيستم حفاظت از راه دور به عنوان واسطه بين سيستم حفاظت و تجهيزات مخابراتي عمل مي نمايد، بنابراين شامل بخش هاي واسطه با سيستم حفاظت پست ها و واسطه با محيط مخابراتي، و بخش پردازشگر و تصميم گيري مي باشد.

سيستم حفاظت راه دور حداقل چهار فرمان به اضافه تركيبات آنها را ارسال مي نمايد:

A, B, C, D, A+B, C+D, A+B+C…

اين سيستم از فركانس plc به عنوان سيگنال گارد و از باند پايه به عنوان كانال انتقال فرامين استفاده مي نمايد و در نتيجه نيازي به پهناي باند اضافي ندارد.

كليه عمليات پردازش، تصميم گيري و واسطه با محيط مخابراتي(DPLC) به صورت كاملا ديجيتال و توسط پردازشگرها DSP[31] انجام مي شود. تغيير پارامترهاي سيستم (از جمله ضريب تقويت، زمان انتقال، مدت ارسال فرامين، فواصل ارسال تست اتوماتيك) نمايش و ذخيره تعداد و نوع فرمان هاي ارسالي و دريافتي و تعداد دفعات تست هاي دستي و اتوماتيك به سهولت از طريق نرم افزاري امكانپذير است. ضمنا يك ساعت حقيقي[32] وظيفه ثبت زمان و تاريخ رويدادها[33] را به عهده دارد.

4-3-7 مدولاتور ISB

جهت انتقال سيگنال باند پايه حاصل از مودم هاي V.34 و بهره گيري بهينه و چند منظوره از خط انتقال(استفاده از طيف فركانسي) نياز به فركانس حامل در پهناي باند تعيين شده IEC، يعني 40 تا 500 كيلوهرتز مي باشد. به اين منظور و براي كاهش توان لازم براي ارسال سيگنال، سيگنال باند پايه بوسيله مدولاسيون SSB [34] به باند مياني منتقل مي شود. اشكال اين مدولاسيون، پيچيدگي ساختار مدولاتور و دمدولاتور آن مي باشد و به همين دليل در مصارف عمومي كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد.

در DPLC، مدولاسيون SSB به صورت ديجيتال انجام مي شود. استفاده از فيلترهاي ديجيتال با دقت بالا، عدم احتياج به تيونينگ، عدم حساسيت به المان ها، امكان بهره گيري از فيلترهاي تيز و تغيير و تنظيم آسان پارامترهايش، و سهولت كار را به ارمغان مي آورد. در واقع عمل فيلترينگ در اينجا توسط يك پردازشگر DSP و برنامه موجود در آن انجام مي پذيرد.

منظور از مدولاسيون ISB همان مدولاسيون SSB مي باشد كه در آن دو كانال مستقل(كانال هاي باند پايه مودم هاي V.34) در كنار يكديگر قرار مي گيرند و ارسال مي شوند.

4-3-8 دمدولاتور ISB

در اين بلوك، سيگنال ورودي با فركانس حامل 40 تا 500 كيلوهرتز مي باشد و سيستم پس از دمدوله كردن آن با استفاده از فيلترهاي ديجيتال، سيگنال باند پايه مورد نياز مودم هاي V.34 را بازسازي مي كند.

بايد خاطر نشان ساخت كه در سيستم ISB ديجيتال ديگر اثري از قطعات غير فعال ويژه مانند خازن و سلفهاي دقيق با Q بالا ديده نمي شود. علاوه بر اين، مي توان واحد مدولاتور و دمدولاتور را بر روي يك برد پياده سازي نمود. تغيير فركانس حامل به سادگي و تنها با تغيير بخشي از نرم افزار سيستم امكانپذير مي باشد. نهايتا مشكلات توليد و تغييرات بعدي در پارامترهاي اين بخش در DPLC، بسيار كمتر از PLC هاي آنالوگ مي باشد.

4-3-9 مودم V.34

با در نظر گرفتن اين موضوع كه خروجي و ورودي DMUX به صورت دنباله اي صفر و يك مي باشد و از طرف ديگر ISB نياز به باند پايه (تلفني) دارد، انجام مدولاسيون و دمدولاسيون داده در باند پايه بين ISB و DMUX ضروري مي نمايد. دو مودم V.34 اين وظيفه را عهده دار مي باشند.

با توجه به اينكه نحوه ارتباط بين دو ترمينال PLC به صورت فرمت HDLC[35] مي باشد، لذا مودم هاي مذكور مي بايست قابليت عملكرد در مد همزمان(سنكرون) را داشته باشند. مضاف بر اينكه در ابتداي برقراري ارتباط، با ارسال فرامين لازم در مد ناهمزمان(آسنكرون) انجام تنظيمات اوليه صورت مي پذيرد. پس از اين مرحله، مودم ها در مد سنكرون قرار مي گيرند.

حداكثر نرخ ارتباطي مودم ها با توجه به بهره گيري از پروتكل V.34 در مد سنكرون،Kbps 8/28 مي باشد و در صورت كاهش نسبت سيگنال به نويز بطور اتوماتيك كاهش مي يابد. در اين صورت با گزارش نرم افزار مديريت از طريق DMUX ، بعضي از ملاحظات لازم همچون ماكزيمم ارتباط هاي صحبت بين دو ايستگاه لحاظ مي شود. ارتباط مودم هاي V.34 با DMUX از طريق پورت 232-RS و با ISB به صورت چهار سيم (w4) مي باشد.

4-4 نظارت و سرپرستي

ارتباط كاربر با سيستم DPLC به منظور تغيير تنظيمات سيستم‌يا مشاهده وضعيت ها و انجام تست‌هاي مختلف بع طرق زير امكان پذير است:

- پورت سريال و يك كامپيوتر شخصي در محل.(LOCAL)

- پورت سريال، خط تلفن و يك كامپيوتر شخصي در محل ديگر به وسيله دسترسي از راه دور.(Remote Access)

- از طريق خط انتقال نيرو و از محل يك ترمينال دور.(Remote terminal)

4-5 مقايسه

چرا از مخابرات ديجيتال استفاده مي شود؟

در هر نوع سيستم مخابره اطلاعاتي وجود برخي از عوامل غير قابل كنترل باعث ايجاد نويز در محيط مي شود. منابع نويز شامل نويز محيط و نويز گيرنده مي باشند. در يك سيستم مخابراتي گسترده كه از چندين تكرار كننده كه هر كدام شامل فرستنده و گيرنده هاي زيادي مي باشند در هر مرحله نويز محيط و گيرنده به سيگنال اصلي اضافه مي شود. حتي در بهترين گيرنده و كانال مخابراتي نويز به سيگنال اصلي اضافه مي شود. در يك سيستم مخابراتي آنالوگ هرگز نمي توان نويز را از سيگنال اصلي جدا كرد و بهترين سيستم مخابراتي نه تنها نويز را از بين نمي برد بلكه نويز اضافه مي كند و تنها مي توان از سيستم هاي Low noise استفاده كرد. در حالي كه اين برتري براي سيستم هاي مخابرات ديجيتال نسبت به آنالوگ وجود دارد كه مي توان در شرايط مناسب نويز را به طور كامل از سيگنال اصلي جدا كرد و سيگنال اصلي را در گيرنده بازسازي كرد. در مخابرات آنالوگ تنها به وسيله فيلترهاي ميان گذر مي توان نويزهايي را كه خارج از باند قرار دارد جدا كرد ولي نمي توان نويزي كه در باند سيگنال اصلي وجود دارد جدا كرد اما در ارسال ديجيتال اگر به وسيله يك مقايسه كننده سيگنال دريافتي را با يك vref كه برابر 2/v مي باشد مقايسه كنيم سيگنال اوليه به دست مي آيد. اگر دو سيستم ارسال آنالوگ و ديجيتال را مقايسه كنيم به سه مورد بايستي اشاره كرد:

1- يكي‌از‌برتري‌هاي‌عمده مخابرات ديجيتال‌نسبت به آنالوگ‌، بازسازي سيگنال مخابرات ديجيتال است.

2- براي انتقال چندين كانال تلويزيوني از روش هاي مالتي پلكس استفاده مي شود. در مخابرات آنالوگ از روش هاي fdm و در مخابرات ديجيتال از روش هاي tdm استفاده مي شود. مدارات مالتي پلكسFDM پر حجم و احتياج به فيلترهاي متعدد و دقيقي جهت جدا كردن كانال ها از هم مي باشد و نمي توان مدارات مجتمع IC آنالوگ با تراكم زياد ساخت. اين مدارات احتياج به خازن- سلف و فيلترهاي مكانيكي بسياري دارند كه نمي توان آنها را به صورت IC در آورد. ولي مدارات مجتمع مربوط به مخابرات ديجيتال را مي توان با تراكم بسيار ساخت و از ميكروپروسسورها و كامپيوتر مي توان در مخابرات ديجيتال استفاده كرد كه باعث افزايش سرعت ارسال و كاهش حجم مي شود.

3- فرق ديگر مخابرات ديجيتال و آنالوگ در پهناي باندي است كه احتياج دارند. در سيستم هاي آنالوگ براي ارسال يك كانال تلفني فقط به 4 كيلوهرتز پهناي باند احتياج است ولي در مخابرات ديجيتال پهناي باند زيادي اشغال مي شود. مثلا در مدولاسيون bpsk براي ارسال يك كانال تلفني 6 كيلوهرتز پهناي باند است. شايد اين را به حساب ضعف مخابرات ديجيتال بتوان گذاشت ولي با استفاده از مدولاسيون هاي پيشرفته بعدا براي ارسال يك كانال تلفني 64QAM فقط احتياج به 2 كيلوهرتز پهناي باند است. اين كمتر از حالت آنالوگ است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5- VOIP و DPLC براي شبكه PABX و مشتركان دور دست:

5-1 راه حل يكپارچه كردن مخابرات:

صحبت از طريق محاوره صوتي، هنوز مهم ترين راه براي ارتباط متقابل بين مردم است و از شبكه هاي انتقال براي از ميان بردن فاصله جغرافيايي استفاده مي شود. شبكه هاي صوتي الكترونيكي در نواحي بزرگ امتداد دارند و مي توان از آن براي كنترل شبكه الكتريكي استفاده كرد.

براي نتيجه گيري از تمام جزئيات يك مكالمه صوتي بايد ارتباطات به صورت ديجيتالي باشد.

در ادامه مي‌خوانيد در مورد اين كه چگونه مي‌توان از PLC ديجيتال همراه با صوت بر روي شبكه هاي IP ، روي خطوط قدرت استفاده نمود. اين مشكل با جايگزين كردن تكنولوژي 4 سيمه E&M با تكنولوژي كهنه رفع شده است.

مدل 3000 SopHo IS از سري هاي بسيار فشرده و پيشرفته PBX است كه بر اساس آن طرح ISDN كه يك زمينه از انواع و اندازه هاي تجاري مخابرات است را تامين مي كند طرح معماري، يك سيستم قابل سنجش ISPBX را ايجاد مي كند كه مي تواند به آساني نيازهاي علمي هر سازمان را به وسيله جمع آوري درخواست ها تامين نمايد.

سري 3000Sopho IS از 5 مدل ISPBX از ظرفيت 96 تا 1000 پورت (درگاه ورودي – خروجي) تشكيل شده كه آن براي نيازهاي ارتباطات، سودمند است.

5-2 صوت بر روي IP و PLC ديجيتال

صوت بر روي (VoIP) IP انجام مخابرات صوتي ديجيتال را در ارتباطات باند باريك PLC با ظرافت مقدور مي سازد. طرح هاي ISDN، شناسايي خط تماس(CLIP) را عرضه مي كنند و راه حل هاي شبكه DECT تماما در دسترس قرار مي دهد.

5-3 همه راه حل هاي شامل سيستم (All-inclusive system sudations)

طرح‌شكل(26)‌راه‌حلي‌را‌نشان‌مي‌دهد‌كه‌سه‌شبكه‌حوزه‌محلي‌(LANS)‌با PLC ديجيتال به هم، پيوسته اند.

شكل 26-شرايط VOIP و DPLC

ISDN PABX, Sopho داخل كردن عمل صوت را تامين مي كند و Sopho با استفاده از دروازه VoIP بر روي شبكه IP صوت را انتقال مي دهد. اگر يك PABX به اتصال PABX، ديگر نياز داشته باشد در PLC ديجيتال يك كانال VOIP ميان شبكه TCP/IP نصب مي شود.

اگر هيچ تماسي برقرار نشود، ظرفيت براي ساير كاربردها در دسترس است. فشرده سازي صوت منطبق با استاندارد G.V939A اجازه مي دهد،دو تماس‌همزمان با كيفيت‌ديجيتال از طريق به هم پيوستن‌سيگنال‌ها، تحت شرايط خط ضعيف انتقال يابند.

5-4 راه حلهاي سازش با Broad band

علاوه بر كاربردهاي صوت روي خط قدرت مي توان طرح كامل مخابرات ISDN نقطه به نقطه همه محلها را تماما با شبكه هاي Broad band ادغام كرد.مجموع IP و امكان پشتيباني آن توسط DSL و ارتباطات فيبر نوري مي توانند همگي براي قابليت اعتماد بالا باشد.

5-5 دروازه VOIP

عملكرد دروازه VOIP كاملا منطبق با استاندارد ITU-T است براي مثال 323H . براي VoiP و ترتيب كد كردن موافق با G.711A-Low ، G.723.1[5/3, 6/3 Kbps] ، G.726 ،G.729 وجبران انعكاس صوت G.168 است.

5-6 فرابري خط قدرت PLC

PLC از نوع ETL500 در سراسر جهان براي انتقال صوت، ديتا و سيگنال هاي محافظتي خطوط ولتاژ بالا استفاده شده است.

يك خصوصيت برجسته اين ارتباطات پهناي باند انتقال آن است كه وابسته به وضعيت محيطي است مثل آب و هوا، پهناي باند انتقال (bit rate ) با عوض شدن وضعيت تغيير مي كند.براي استفاده به صورت مطلوب از پهناي باند در دسترس، ‌PLC ديجيتال‌با پهناي باند وفق پيدا مي كند و حداكثر سرعت انتقال بيت ممكن را در شبكه محلي قابل دسترس مي سازد.

5-7 VOIP و PLC ديجيتال

VOIP و PLC ديجيتال محصولات بسيار سودمند معرفي شده اند:

1- استفاده از حداكثر سرعت انتقال ممكنه

2- طرح ISDN قابل انجام در شبكه بدون عيب

3- استفاده از ظرفيت بيكار با ديگر كاربردها

4- پيوند‌ISDN با‌IP‌در‌بين‌شبكه‌ها‌و‌تكنولوژي هاي گوناگون براي مثال PDH, SDH و ديگر شبكه ها.

5- حفظ سرمايه گذاري قبلي

6- محافظت براي نيازهاي آتي

6- Broad band overpower line (BPL)

BPL يا باند پهن بر روي خطوط قدرت با نام هاي ديگر نيز شناخته مي شود: از قبيل، فرابري خط قدرت PLC ،مخابرات راه دور خط قدرت PLT و باند پهن بر خط قدرت.

BPL از تكنولوژي PLC استفاده مي كند تا دسترسي به باند پهن اينترنت را، از ميان خطوط برق معمولي تامين كند. يك كامپيوتر (يا هر وسيله ديگر) فقط به بستن مودمBPL كه در داخل هر خروجي، در يك ساختمان مجهز، كه داراي سرعت بالاي اينترنت است، نياز دارد.

6-1 مزاياي آشكار عرضه BPL روي كابل عادي يا اتصالات DSL

هم اكنون زير بناي قابل دسترسي دارد و به بيشتر مردم در بسياري از مكان ها اجازه مي دهد تا به شبكه اينترنت دسترسي پيدا كنند. همچنين دسترسي بسيار آسانتر را براي ديگر وسايل الكتريكي مثل تلويزيون يا سيستم هاي صوتي، براي انتقال امواجشان فراهم مي سازد.

اگر چه تغيير در مشخصه فيزيكي برق و نداشتن استانداردهاي IEEE به معناي آن است كه سرويس دهي آن دور است. اما با بودن يك استاندارد، پردازش قابل تكرار و ميزان پهناي باند يك سيستم BPL را مي تواند تامين شود.

انتقال سرعت بالاي اطلاعات يا باند پهن بر روي خطوط قدرت مستلزم استفاده از مدار الكتريكي، بين پست برق و شبكه هاي خانه است.

يك تعداد از انواع سيستم هاي PLC وجود دارند كه از راهها و معماري متفاوتي استفاده مي كنند. يك كاربرد سيستم هاي توزيع البته به طور اختياري، هدايت سيگنال ها روي خط قدرت يا سيم كشي برق است. BPL توسط FCC براي مودم هاي جديد كه براي تحويل سرويس باند پهن پايه IP روي خطوط قدرت برق است، ابداع شده است.

شكل 27:BPL در داخل يك ساختمان مي تواند با اتصال به PCs يا ديگر وسايل داخل خانه استفاده شود. در اين ساختمان از سيم كشي برق استفاده شده است. با استفاده از سيم كشي توزيع برق و از طريق BPL مي توان به انيترنت متصل شد.

در آوريل 2003، FCC نتيجه يك تحقيق (Not)را منتشر كرد و با جديت در مورد پتانسيل تكنولوژي BPL اظهار داشت كه، خطوط قدرت الكتريكي قادر به عمل كردن با استفاده از يك سيم سوم در داخل منزل و ايجاد رقابت با خط تلفن است.

FCC گفت: كه سرويس‌هاي BPL اكنون مي‌توانند براي كاربرد مودم‌هاي BPL، با توجه به قانون هاي موجود در FCC، پيشنهاد شوند.

6-2 مودم هاي BPL

مودم هاي BPL از چيپ هاي سيليكوني استفاده مي كنند كه طراحي شده اند تا سيگنال ها را روي خطوط قدرت ارسال كنند. اين مودم‌ها بسيار شبيه به مودم‌هاي DSL هستند مودم‌هاي‌DSL نيز از چيپ‌هاي سيليكوني‌طرح‌ريزي‌شده‌ اندو‌با اين‌تفاوت‌كه سيگنال ها را روي كابل ها و خطوط تلفن ارسال مي كنند.

پيشرفتها در قدرت پردازش، چيپ هاي مودم BPL جديد را قادر مي سازد تا مشكلات را ، در سيگنال هاي ارسالي مخابرات بر خطوط قدرت بر طرف كنند.FCC (NOI) در مورد دو نوع BPL صحبت مي كند:

1- BPL خانگي 2- BPL در دسترس.

1- BPL در دسترس:

يك تكنولوژي جديد براي حمل كردن باند پهن ترافيك اينترنتي بر روي خطوط برق ولتاژ متوسط است. مودم‌هاي‌BPL كه وسايل‌رفاهي الكتريكي‌هستند و سرويس‌هاي خدماتي آنها مي‌تواند روي شبكه‌هاي توزيع برق نصب شوند ودر دسترس هستند و دسترسي به BPL با استفاده از خطوط توزيع برق هوايي يا زميني است تا باند پهن اينترنت در دسترس، در خانه و مراكز تجاري تامين شود.

به اين دليل كه در بعضي از مناطق توزيع برق زميني وجود ندارد، اغلب سيستم هاي BPL به صورت هوايي گسترده شده اند. حالت سيستم هاي BPL به صورتي است كه تاثير مهم پتانسيلي بر روي ديگر سرويس هاي راديويي مي گذارند.تعدادي تكنيك متفاوت در BPL در دسترس استفاده شده است(از انتشار طيف تا OFDM )

2- BPL خانگي

يك تكنولوژي شبكه خانگي است كه از آن براي انتقال هاي رايج و توسعه يافته استفاده مي شود. بيشترين عملكرد آن تحت پريزهاي برق خانگي مخصوص است. اين محصولات براي شبكه كردن خانگي، در خروجي هاي الكتريكي داخل خانه (يا اداره) استفاده مي شوند و اكنون در فروشگاه ها موجود هستند.

محصولات BPL خانگي مي توانند به آساني با انشعابات خروجي محدود كه قانون آن در قوانين 15 بخشي FCC آمده است، پذيرفته شوند.زيرا اين محصولات به صورت مستقيم با ولتاژ پايين خطوط برق داخل منزل يا اداره اتصال داده مي شوند. شبكه كردن داخل منزل مادامي كه نوآوري بود يك رويه عمده مربوط بهFCC نبود هر چند FCC واقعا در اين كشمكش است كه چگونه پهناي باند اينترنت در دسترس را براي دخول از آخرين مسير به خانه بدست آورد.

6-3 كوپلاژ سلفي

كوپلاژ سلفي استفاده مي شوند تا مودم هاي BPL را به خطوط قدرت ولتاژ متوسط اتصال دهند. يك كوپلاژ سلفي، سيگنال مخابراتي را بر روي خطوط قدرت به وسيله پيچيده شدن اطراف سيم، بدون اتصال مستقيم به سيم انتقال مي دهد. مشكل عمده اين است كه چگونه بايد سيگنال را از خط ولتاژ متوسط به خط ولتاژ پايين داخل خانه تحويل داد، زيرا‌ترانسفورماتور كه‌ولتاژ الكتريكي‌را از چندين هزار ولت به 110 / 220 پايين مي آورد به يك راه بن بست براي باند پهن سيگنال رسيده است. چندين مودم اكنون در دسترس هستند كه با موفقيت پاسخ اين مشكل را مي دهند.

6-4 تداخل انتشارات

برخي گروه ها با تكثير اين تكنولوژي به علت پتانسيل تداخل آن با انتقالات راديويي مخالفت مي كنند. هنگامي كه خطوط قدرت باز و بدون پوشش محافظ هستند، به خاطر بي حفاظتي سيم ها، سيستم هاي BPL خطر تداخل با سيگنالهاي راديويي را دارند. اخيرا كمپاني هاي قدرت و مخابرات راه دور تست هايي را روي تكنولوژيBPLبه خاطر اعتراضات گروه‌هاي راديويي آغاز كردند نتيجه آن رضايت بخش بوده‌است. تداخل انتشارات بين وسايل بدون مجوز، شامل مودم هاي BPL و ديگر وسايل الكترونيكي به وسيله قوانين 15 قسمتي FCC پوشش داده مي شوند. طبق قوانين جديد FCC سيستم هاي BPL نياز دارند تا توانايي جداسازي فركانسي را هنگام كه تداخل رخ مي دهد، داشته باشد و از راه دور بتوان آنها را در برابر تداخل، خاموش نمود. اما ممكن است هنوز تداخل با مخابرات راديويي بي سيم وجود داشته باشد و نياز است تا مشكلات برطرف شود.

هنگامي كه مودم هاي BPL بر روي خطوط زيرزميني نصب مي شوند، سيگنال هاي مخابراتي بوسيله كانال و زمين و خطوط حفاظت مي شوند، در نتيجه بعيد است با ديگر سرويس هاي مخابراتي تداخل كنند.

FCC بيشتر به پتانسيل تداخل سيگنال هاي انتقال يافته BPL بدون حفاظت خطوط فشار متوسط هوايي مربوط مي شوند. براي مثال در مورد بيشترين منفعت تيرهاي برق، اگر توجه كنيم، مي بينيم كه پايين چهار خط برق، به يك قطعه كوچكتر از تير برق سيستم هاي تلفن و كابل تلويزيون ضميمه شده است.

يك سوال از FCC پرسيده شد در مورد اينكه آيا سيگنال هاي متشعشع از سيستم هاي BPL كه بر خط قدرت سوار هستند با سيم هاي تلفن و كابلها تداخل ايجاد نمي كنند؟

 

 

6-5 شبكه قدرت الكتريكي هوشمند

وسايل رفاه الكتريكي در BPL منفعت زيادي دارند زيرا مي تواند به آنها يك شبكه توزيع هوشمندانه بدهد. اين را مي توان از هزينه هاي برق فشار ضعيف بدون آلودگي و قابليت دسترسي و امينت بيشتر نتيجه گرفت.

6-6 يك وسيله اتصال بهتر

منفعت در مورد BPL آن است كه وسايل‌الكتريكي‌زيادي‌به شبكه توزيع برق متصل اند. BPL مي تواند اجازه دهد كه خيلي از وسايل الكتريكي با يكديگر در ارتباط باشند.

آيا مي توانيم يك Wi-Fi بلوتوس يا چيپ هاي بي سيم در خيلي از وسايل قرار دهيم؟ بله، اما BPL شايد يك راه حل بهتر باشد. شبكه كردن هر وسيله الكتريكي با ديگري روي خطوط قدرت ممكن است نتيجه دهد.

6-7 مرور گزارشFCC و دستور 245- 54 براي باند پهن روي خطوط قدرت BPL

بر طبق مجله Conformity (در 29 جولاي 2005): اين مقاله يك آموزش بسيار خوب در مورد BPL و نيازمندي هاي سفارشي و گزارش FCC است. خلاصه مطلب اين است كه طيف بايد تحت قواعد مشخص محافظت شود و طيف اضافه شده نيز براي تداخل مضر نياز به محافظت دارد.

يك مقاله بسيار عالي در مورد BPL در جولاي 2004 از TCA توسط آماتورهاي كانادايي نشر پيدا كرد: تداخل BPL واقعي يا غير واقعي،VE4M, Barry Ma low anchok آن شامل يك قسمت آموزشي بود كه چنين تكنولوژي مختلف BPL را توضيح مي داد. آموزش اصلي در مورد BPL از طريق سايت WWW.Howstuffworks.Com قابل استفاده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7- محدوديت هاي خط قدرت با ولتاژ بالا براي ارتباطات سرعت زياد

7-1 خلاصه

يادادشت حاضر محدودسازي تكنيكي و محدوديتهاي ولتاژ بالاي خطوط قدرت براي ارتباطات PLC ديجيتال سرعت بالا است. برگشت سيگنال و نويز خصوصيات شناخته شده در مقابل محدوديتهاي تكنيكي برتر براي توسعه سيستمهاي PLC ديجيتال است.

 

[1] Remote control

[2] Power Line Carrier

[3] Dispatching Telephone System

[4] Optical Fiber Ground wire

[5]Quadrature Amplitude Modulation

[6] Constellation

[7]Inter-modulation

[8]Frequency congestion

[9]Backup route

[10]Ring Converter

[11] TDM=Time Division Multiplexing

[12] Trellis Code Modulation

[13]Tele-protection

[14] Bus

[15] Real time

[16] Echo canceller

[17]Tele Protection system

[18]Human-Machine Interface

[19]Hook state

[20] Private Automatic Branch Exchange

[21] Public Switching Telephone Network

[22] Redundant

[23] Discrete Cosine Transform

[24] Variable length coding

[25] Bit stream

[26] First In First Out

[27] Master and Slave

[28] Dynamix Multiplexer

[29] Security

[30] Dependability

[31] Digital Signal Processing

[32] Real Time Clock(RTC)

[33] Events

[34] Single Side Band

[35] HDLC=High level Data Link Control (documented in ISO 3309)

پروتكلي براي تبادل سريال و سنكرون داده ها به صورت بسته اي(Packetize) كه مربوط به لايه دوم ISO مي باشد. اين پروتكل وظيفه تبادل صحيح و همزمان و بدون تلف اطلاعات را به عهده دارد. هر فريم HDLC شامل پرچم ابتدا و انتها، آدرس، بيت سنكرونيزاسيون، داده و بيتهاي كنترل خطا است.